本文將深入探討一款具備過流保護功能的 LM317 穩(wěn)壓電路在直流電機驅動應用中的設計細節(jié)。該電路通過合理配置交流降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓以及保護等關鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了對直流電機穩(wěn)定且安全的供電與控制。
一、電路構成與基本原理
該帶過流保護功能的 LM317 穩(wěn)壓電路主要由五大功能模塊構成：交流降壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路以及保護電路。外接交流 220V 電壓經(jīng)過電源變壓器進行降壓處理，再經(jīng)過整流電路轉換為直流電壓 Vin，隨后通過濾波電路去除紋波等雜質，得到較為平滑的直流電壓并輸入到集成穩(wěn)壓器的輸入端。經(jīng)由 LM317 集成穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)作用，在其輸出端能夠獲得 1.25～37V 范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，為直流電機提供穩(wěn)定的電源支持。
二、集成穩(wěn)壓器的保護機制
為了確保 LM317 穩(wěn)壓器在各種工況下都能穩(wěn)定可靠地工作，設計了一系列保護措施：
（一）輸出紋波抑制與短路保護
鑒于 LM317 穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端與地之間所接電阻 R2 的阻值及其壓降可能較大，容易導致輸出端紋波增大。為此，在 R2 兩端并聯(lián)了一個小于 10μF 的電容 C3，以此有效濾除輸出端的紋波成分，提升輸出電壓的純凈度。然而，當輸入端或輸出端出現(xiàn)短路故障時，電容 C3 的快速放電會在 R1 上引發(fā)沖擊電壓，這可能會對其基準電壓電路造成損害。因此，在 R1 兩端并聯(lián)了二極管 D3，當短路發(fā)生時，D3 能夠及時導通，為沖擊電流提供泄放路徑，從而保護穩(wěn)壓器免受過壓沖擊的危害。
（二）防自激振蕩與輸入短路保護
穩(wěn)壓器在 1∶1 的深度負反饋模式下運行，若輸出端負載呈現(xiàn)容性且達到一定數(shù)值時，極易引發(fā)自激振蕩現(xiàn)象，影響電路的正常工作。為此，在穩(wěn)壓器的輸入端接入了 0.1μF 的電容 C1，并在輸出端接入了 1000μF 的電解電容 C5。其中，C1 主要用于補償高頻特性，防止高頻噪聲干擾，而 C5 則為電路提供了充足的電流儲備，同時有效抑制了自激振蕩的發(fā)生，改善了負載的瞬態(tài)響應性能。但當輸入端遭遇短路時，C5 會通過穩(wěn)壓器的調(diào)整管進行放電，由于 C5 容量較大，放電瞬間產(chǎn)生的沖擊電流極為可觀，這可能導致穩(wěn)壓器內(nèi)部的輸出晶體管發(fā)射結遭受反向擊穿損壞。基于此，在穩(wěn)壓器兩端并接了二極管 D2，一旦輸入端短路，C5 就會通過 D2 進行快速放電，避免了過大的沖擊電流流經(jīng)穩(wěn)壓器，從而對其起到了有效的保護作用。
三、過流保護功能實現(xiàn)
過流保護電路的設計對于保障直流電機的安全運行至關重要，其原理如下：R5 作為取樣小電阻，串聯(lián)在穩(wěn)壓器的輸出回路中。當電源接通，穩(wěn)壓器開始輸出正向直流電壓驅動電機啟動時，由于直流電機啟動瞬間的電流 iout 相當大（通常是額定電流的 8～10 倍），該電流流經(jīng) R5 后會產(chǎn)生相應的電壓降，并經(jīng) R4 對 C4 進行充電。通過合理選配 R4 和 C4 的參數(shù)，確保充電時間常數(shù) Υ 大于電機的啟動時間 δ，使得在電機啟動到穩(wěn)定運行階段，V2（9013 型三極管）一直處于截止狀態(tài)，不妨礙電機的正常啟動過程。然而，一旦電機發(fā)生短路故障或出現(xiàn)堵轉情況，導致流經(jīng) R5 的電流持續(xù)增大，使得電容 C4 兩端的電壓迅速上升并達到 V2 的導通電壓閾值時，V2 便會迅速導通。此時，V2 的導通將迫使 LM317 穩(wěn)壓器的輸出電壓強制下降至基準電壓 1.25V，從而對電機實施過流保護，避免因過大的電流而造成電機損壞。
四、直流電機限位與過流保護電路
（一）電路功能概述
該電路能夠以較低的成本實現(xiàn)直流電機正反轉控制的同時，具備限位和過流保護功能，極大地提升了直流電機驅動系統(tǒng)的安全性和可靠性。
（二）電路原理詳解
整個電路以 +24V 和 GND 作為輸入電源，核心元件包括帶常開、常閉觸點輸出的繼電器 K1、直流電機 M1 以及電流采樣電阻 R3 等。此外，D1 和 D2 是選用持續(xù)電流容量大于繼電器工作電流的二極管，用于確保電路的正常導通和保護。
當需要電機正轉時，將 +24V 接電源正極，GND 接電源負極。此時，由于電機與繼電器的常閉觸點相連，電機能夠直接啟動并正常運轉。然而，當電機到達預設的限位位置或者因故障發(fā)生堵轉時，電機的工作電流會顯著增大。這一變化使得采樣電阻 R3 兩端的電壓升高，該電壓信號通過 R1 傳遞至三極管 Q2 的基極。一旦 R3 兩端的電壓超過 Q2 的導通電壓，Q2 即刻導通，進而驅動繼電器 K1 切換狀態(tài)，切斷電機的供電電源，使電機停止運行。與此同時，Q2 的基極通過 R2 與繼電器 K1 的觸點以及電源正極形成回路，確保 Q2 始終保持在導通狀態(tài)，從而使繼電器 K1 穩(wěn)定地維持在工作狀態(tài)，直至故障排除或運行方向改變。
當需要電機反轉時，則將 +24V 和 GND 的接線反接，即原網(wǎng)絡標號 +24V 接電源地，原網(wǎng)絡標號 GND 接電源負極。電機上電后同樣直接啟動運轉。若此時電機出現(xiàn)堵轉故障，R3 兩端電壓同樣會增大，導致 PNP 型三極管 Q1 導通。Q1 導通后，繼電器 K1 切換，電機斷電停止。此時，Q1 的基極通過 R2 與繼電器 K1 的觸點直接連接到電源負極，保證 Q1 持續(xù)導通，繼電器保持工作狀態(tài)，確保電機處于斷電保護狀態(tài)。
通過以上精心設計的電路，在實現(xiàn)直流電機靈活正反轉控制的基礎上，有效地融入了限位和過流保護功能，為直流電機的長期穩(wěn)定、安全運行提供了堅實保障，同時也降低了系統(tǒng)成本，提升了整體性能。
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